تصاویر را از فاصله ۳۰ کیلومتری واضح ببینید

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری دانشجو، محققان موسسه فناوری استیونز یک سیستم تصویربرداری ۳ بعدی ساخته اند که از ویژگی‌های کوانتومی نور برای ایجاد تصاویر ۴۰۰۰۰ بار واضح‌تر از فناوری‌های فعلی استفاده می‌شود و راه را برای حسگر‌های LIDAR که قبلا هرگز دیده نشده و تشخیص در ماشین‌های خودران، نقشه برداری ماهواره‌ای، سیستم‌های ارتباطی فضایی و تصویربرداری پزشکی از شبکیه چشم، هموار می‌کند.

این کار به سرپرستی Yuping Huang، مدیر مرکز علوم کوانتوم و مهندسی در استیونز، به یک مشکل قدیمی با LIDAR می‌پردازد که لیزر‌ها را در فاصله‌های زیاد شلیک و بازتاب نور را شناسایی می‌کند. با اینکه شناساگر‌های نوری این سیستم‌ها به اندازه کافی حساس هستند تا تصاویر با جزئیات خوبی فقط با چند فوتون (ذرات بسیار کوچکی که می‌توانند با اطلاعات رمزگذاری شوند) ایجاد کنند، تمایز قطعات منعکس شده از نور لیزر، از پس زمینه روشن‌تر مانند نور خورشید، دشوار است.

Yuping Huang گفت: «هرچه سنسور‌های ما حساس‌تر می‌شوند نسبت به نویز‌های پس زمینه نیز حساس می‌شوند. این مشکلی است که به دنبال حل آن هستیم.»

این فناوری اولین نمایش از کاهش نویز تک فوتونی با استفاده از روش طبقه بندی حالت پارامتری کوانتومی (Quantum Parametric Mode Sorting) است که برای اولین بار توسط Huang و همکارانش در سال ۲۰۱۷ ارائه شد. برخلاف بیشتر ابزار‌های فیلتر نویز که به نرم افزار‌های مبتی بر پس پردازش برای از بین بردن تصاویر نویز متکی هستند؛ QPMS نشانه‌های کوانتومی نور را در نورشناسی غیرخطی برای ایجاد یک تصویر تمیز نمایی در سطح خود سنسور بررسی می‌کند.

 

تشخیص اطلاعات خاص یک فوتون در بین شلوغی نویز پس زمینه شبیه به گلچین کردن یک دانه بر در کولاک است، اما این دقیقا کاری است که Huang و همکارانش به عنوان یک روش استفاده می‌کنند. این روش تاثیر ویژگی‌های کوانتومی بر پالس خروجی نور لیزر را توصیف می‌کند، سپس نور ورودی را فیلتر میکند تا تنها فوتون‌هایی که با ویژگی‌های کوانتومی مطابقت دارند توسط سنسور ثبت شوند.

نتیجه این تحقیقات نشان می‌دهد: «یک سیستم تصویر برداری که به طور فوق العاده‌ای نسبت به فوتون‌هایی که از هدف خود باز می‌گردند حساس است، اما بصورت مجازی تمام فوتون‌های نویزی ناخواسته را نادیده می‌گیرد. این گروه تصاویر ۳ بعدی خوبی بدست آوردند، حتی اگر فوتون‌های نویز زمینه ۳۴ برابر فوتون‌های حامل سیگنال باشند.» 

پاتریک رهین، از اعضای شرکت کننده در این مطالعه گفت: «با فیلتر کردن تشخیص اولیه فوتون، ما محدودیت تصویر برداری دقیق ۳ بعدی را در محیط شلوغ کاهش دادیم و نشان داده‌ایم که می‌توانیم میزان سر و صدا را حدود ۴۰۰۰۰ بار بهتر از فناوری‌های برتر تصویربرداری فعلی کاهش دهیم.»

از نظر علمی، کاهش نویز با QPMS می‌تواند به LIDAR این اجازه را دهد تا تصاویر ۳ بعدی مناسب با جزئیات تا فاصله ۳۰ کیلومتر، تولید کند. همچنین این فناوری با استفاده از پرتو‌های تقریبا نامرئی لیزر می‌تواند بدون آسیب به بافت در ایجاد تصاویر دقیق از شبکیه چشم کمک کننده باشد و در ارتباطات فضایی نیز مورد استفاده قرار گیرد.